C++編程中的數據類型和常量學習教程

2020-01-26 14:54:01

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C++數據類型
計算機處理的對象是數據，而數據是以某種特定的形式存在的（例如整數、浮點數、字符等形式）。不同的數據之間往往還存在某些聯系（例如由若干個整數組成一個整數數組）。數據結構指的是數據的組織形式。例如，數組就是一種數據結構。不同的計算機語言所允許使用的數據結構是不同的。處理同一類問題，如果數據結構不同，算法也會不同。例如，對10個整數排序和對包含10個元素的整型數組排序的算法是不同的。

C++的數據包括常量與變量，常量與變量都具有類型。由以上這些數據類型還可以構成更復雜的數據結構。例如利用指針和結構體類型可以構成表、樹、棧等復雜的數據結構。

C++并沒有統一規定各類數據的精度、數值范圍和在內存中所占的字節數，各C++編譯系統根據自己的情況作出安排。表2.1列出了Visual C++數值型和字符型數據的情況。

幾點說明：
1) 整型數據分為長整型(long int)、一般整型(int)和短整型(short int)。在int前面加long和short分別表示長整型和短整型。

2) 整型數據的存儲方式為按二進制數形式存儲，例如十進制整數85的二進制形式為1010101，則在內存中的存儲形式如下圖所示。

3) 在整型符號int和字符型符號char的前面，可以加修飾符signed（表示“有符號”）或unsigned（表示“無符號”）。如果指定為signed，則數值以補碼形式存放，存儲單元中的最高位(bit)用來表示數值的符號。如果指定為unsigned，則數值沒有符號，全部二進制位都用來表示數值本身。例如短整型數據占兩個字節，

有符號時，能存儲的最大值為215-1，即32767，最小值為-32768。無符號時，能存儲的最大值為216-1，即65535，最小值為0。有些數據是沒有負值的，可以使用unsigned，它存儲正數的范圍比用signed時要大一倍。

4) 浮點型(又稱實型)數據分為單精度(float)、雙精度(double)和長雙精度(long double)3種，在Visual C++ 6.0中，對float提供6位有效數字，對double提供15位有效數字，并且float和double的數值范圍不同。對float分配4個字節，對double和long double分配8個字節。

5) 表中類型標識符一欄中，方括號[ ]包含的部分可以省寫，如short和short int等效，unsigned int和unsigned等效。

常量的值是不能改變的，一般從其字面形式即可判別是否為常量。常量包括兩大類，即數值型常量(即常數)和字符型常量。如12, 0, -3為整型常量，4.6, -1.23為實型常量，包含在兩個單撇號之間的字符為字符常量，如′a′, ′x′。這種從字面形式即可識別的常量稱為“字面常量”或“直接常量”。

C++常量(C++數值常量、字符串常量、符號常量)
數值常量

數值常量就是通常所說的常數。在C++中，數值常量是區分類型的，從字面形式即可識別其類型。

整型常量（整數）的類型
在上一節中已知道：整型數據可分為int, short int,long int以及unsigned int, unsigned short, unsigned long等類別。整型常量也分為以上類別。為什么將數值常量區分為不同的類別呢？因為在進行賦值或函數的參數虛實結合時要求數據類型匹配。

那么，一個整型常量怎樣從字面上區分為以上的類別呢？
一個整數，如果其值在-32768~+32767范圍內，認為它是short int型，它可以賦值給short int型?int型和long int型變量。
一個整數，如果其值超過了上述范圍，而在-2147483648~+2147483647范圍內，則認為它是long int型，可以將它賦值給一個int或long int型變量。
如果某一計算機系統的C++版本（例如Visual C++）確定int與long int型數據在內存中占據的長度相同，則它們能夠表示的數值的范圍相同。因此，一個int型的常量也同時是一個long int型常量，可以賦給int型或long int型變量。
常量無unsigned型。但一個非負值的整數可以賦值給unsigned整型變量，只要它的范圍不超過變量的取值范圍即可。

一個整型常量可以用3種不同的方式表示：
十進制整數。如1357, -432, 0等。在一個整型常量后面加一個字母l或L，則認為是long int型常量。例如123L, 421L, 0L等，這往往用于函數調用中。如果函數的形參為long int，則要求實參也為long int型，此時用123作實參不行，而要用123L作實參。
八進制整數。在常數的開頭加一個數字0，就表示這是以八進制數形式表示的常數。如020表示這是八進制數20，即(20)8，它相當于十進制數16。
十六進制整數。在常數的開頭加一個數字0和一個英文字母X（或x），就表示這是以十六進制數形式表示的常數。如0X20表示這是十六進制數20，即(20)16，它相當于十進制數32。
浮點數的表示方法

一個浮點數可以用兩種不同的方式表示：
1) 十進制小數形式。如21.456, -7.98等。它一般由整數部分和小數部分組成，可以省略其中之一（如78.或.06, .0），但不能二者皆省略。C++編譯系統把用這種形式表示的浮點數一律按雙精度常量處理，在內存中占8個字節。如果在實數的數字之后加字母F或f，表示此數為單精度浮點數，如1234F, -43f，占4個字節。如果加字母L或l，表示此數為長雙精度數(long double)，在GCC中占12個字節，在Visual C++ 6.0中占8個字節。

2) 指數形式（即浮點形式）。一個浮點數可以寫成指數形式，如3.14159可以表示為0.314159×101, 3.14159×100, 31.4159×10-1, 314.159×10-2等形式。在程序中應表示為：0.314159e1, 3.14159e0, 31.4159e-1, 314.159e-2，用字母e表示其后的數是以10為底的冪，如e12表示1012。其一般形式為：
數符數字部分指數部分

上面各數據中的0.314159, 3.14159, 31.4159, 314.159 等就是其中的數字部分。可以看到：由于指數部分的存在，使得同一個浮點數可以用不同的指數形式來表示，數字部分中小數點的位置是浮動的。例如：

 a=0.314159e1; a=3.14159e0; a=31.4159e-1; a=314.159e-2;

以上4個賦值語句中，用了不同形式的浮點數，但其作用是相同的。

在程序中不論把浮點數寫成小數形式還是指數形式，在內存中都是以指數形式（即浮點形式）存儲的。例如不論在程序中寫成314.159或314.159e0, 31.4159e1, 3.14159e2, 0.314159e3等形式，在內存中都是以規范化的指數形式存放，

數字部分必須小于1，同時，小數點后面第一個數字必須是一個非0數字，例如不能是0.0314159。因此314.159和314.159e0, 31.4159e1, 3.14159e2, 0.314159e3在內存中表示成0.314159×103。存儲單元分為兩部分，一部分用來存放數字部分，一部分用來存放指數部分。為便于理解，在圖2.3中是用十進制表示的，實際上在存儲單元中是用二進制數來表示小數部分，用2的冪次來表示指數部分的。

對于以指數形式表示的數值常量，也都作為雙精度常量處理。
字符常量

1) 普通的字符常量
用單撇號括起來的一個字符就是字符型常量。如'a', '#', '%', 'D'都是合法的字符常量，在內存中占一個字節。注意：
字符常量只能包括一個字符，如'AB' 是不合法的。
字符常量區分大小寫字母，如'A'和'a'是兩個不同的字符常量。
撇號(')是定界符，而不屬于字符常量的一部分。如cout<<'a';輸出的是一個字母"a"，而不是3個字符"'a' "。

2) 轉義字符常量
除了以上形式的字符常量外，C++還允許用一種特殊形式的字符常量，就是以 "/"開頭的字符序列。例如，'/n'代表一個"換行"符。"cout<<'/n'; " 將輸出一個換行，其作用與"cout<<endl; " 相同。這種"控制字符"，在屏幕上是不能顯示的。在程序中也無法用一個一般形式的字符表示，只能采用特殊形式來表示。

3) 字符數據在內存中的存儲形式及其使用方法
將一個字符常量存放到內存單元時，實際上并不是把該字符本身放到內存單元中去，而是將該字符相應的ASCII代碼放到存儲單元中。如果字符變量c1的值為'a'，c2的值為'b'，則在變量中存放的是'a'的ASCII碼97，'b' 的ASCII碼98，如圖2.4(a)所示，實際上在內存中是以二進制形式存放的，

既然字符數據是以ASCII碼存儲的，它的存儲形式就與整數的存儲形式類似。這樣，在C++中字符型數據和整型數據之間就可以通用。一個字符數據可以賦給一個整型變量，反之，一個整型數據也可以賦給一個字符變量。也可以對字符數據進行算術運算，此時相當于對它們的ASCII碼進行算術運算。

【例】將字符賦給整型變量。

#include <iostream>using namespace std;int main( ){ int i, j; //i和j是整型變量 i='A'; //將一個字符常量賦給整型變量i j='B'; //將一個字符常量賦給整型變量j cout<<i<<' '<<j<<'/n'; //輸出整型變量i和j的值,'/n' 是換行符 return 0;}

執行時輸出

 65 66

i和j被指定為整型變量。但在第5和第6行中，將字符'A'和'B'分別賦給i和j，它的作用相當于以下兩個賦值語句：

 i=65;j=66;

因為'A'和'B'的ASCII碼為65和66。在程序的第5和第6行是把65和66直接存放到i和j的內存單元中。因此輸出65和66。

可以看到：在一定條件下，字符型數據和整型數據是可以通用的。但是應注意字符數據只占一個字節，它只能存放0~255范圍內的整數。

【例】字符數據與整數進行算術運算。下面程序的作用是將小寫字母轉換為大寫字母。

#include <iostream>using namespace std;int main( ){ char c1,c2; c1='a'; c2='b'; c1=c1-32; c2=c2-32; cout<<c1<<' '<<c2<<endl; return 0;}

運行結果為

A B

'a'的ASCII碼為97，而'A'的ASCII碼為65，'b'為98，'B'為66。從ASCII代碼表中可以看到每一個小寫字母比它相應的大寫字母的ASCII代碼大32。C++符數據與數值直接進行算術運算，'a'-32得到整數65，'b'-32得到整數66。將65和66存放在c1，c2中，由于c1，c2是字符變量，因此用cout輸出c1，c2時，得到字符A和B（A的ASCII碼為65，B的ASCII碼為66）。
字符串常量

用雙撇號括起來的部分就是字符串常量，如"abc"，"Hello!"，"a+b"，"Li ping"都是字符串常量。字符串常量"abc"在內存中占4個字節（而不是3個字節），見圖。

編譯系統會在字符串最后自動加一個'/0'作為字符串結束標志。但'/0'并不是字符串的一部分，它只作為字符串的結束標志。如

  cout<<"abc"<<endl;

輸出3個字符abc，而不包括'/0'。

注意: "a"和'a'代表不同的含義，"a"是字符串常量，'a' 是字符常量。前者占兩個字節，后者占1個字節。請分析下面的程序片段：

 char c; //定義一個字符變量 c='a'; //正確 c="a"; //錯誤，c只能容納一個字符

請思考：字符串常量"abc/n"包含幾個字符？不是5個而是4個字符，其中"/n"是一個轉義字符。但它在內存中占5個字節（包括一個"/0"字符）。編譯系統遇到"/"時就會把它認作轉義字符的標志，把它和其后的字符一起作為一個轉義字符。

如果"/"后面的字符不能與"/"組成一個合法的轉義字符（如"/c"），則在編譯時顯示出錯信息。如果希望將"/"字符也作為字符串中的一個字符，則應寫為"abc//n"，此時字符包括5個字符，即a，b，c，/，n。如果有以下輸出語句：

 cout<<"abc///n"<<endl;

則會輸出：

 abc/ (然后換行)

同理執行

 cout<<"I say /"Thank you!/"/n";

的輸出是：

 I say "Thank you!"

如果在一個字符串中最后一個字符為"/"，則表示它是續行符，下一行的字符是該字符串的一部分，且在兩行字符串間無空格。如

 cout<<"We must study C/ //本行最后的"/"后面的空格和換行均不起作用 ++ hard!"; //本行的字符緊連在上一行最后的"/"前面字符之后

則輸出：

 We must study C++ hard!

符號常量

為了編程和閱讀的方便，在C++程序設計中，常用一個符號名代表一個常量，稱為符號常量，即以標識符形式出現的常量。

【例】符號常量的使用。

#include <iostream>using namespace std;#define PRICE 30 //注意這不是語句,末尾不要加分號int main ( ){ int num,total; num=10; total=num * PRICE; cout<<"total="<<total<<endl; return 0;}

程序中用預處理命令#define指定PRICE在本程序單位中代表常量30，此后凡在本程序單位中出現的PRICE都代表30，可以和常量一樣進行運算，程序運行結果為